BAB II LANDASAN TEORI
2.3 Op-Amp
Pada masa kini OP-AMP dibuat dalan bentuk rangkaian terpadu atau IC (integrated circuit ), dimana dalam satu potong Kristal dengan luasa kurang dari 1 mm2 terkandung rangkaian penguat lengkap terdiri dari banyak transistor, diode, resistor, dan kadang – kadang kapasitor.
Penguat operasional atau OP- AMP dari kata operasional amplifier adalah penguat diferensial dengan dua masukan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan tegangan yang amat tinggi, yaitu dalam orde 105.Dengan penguatan yang amat tinggi ini, penguat operasional dengan rangkaian balikan lebih banyak digunakan daripada lingkar terbuka.Kini kita dapat membeli IC yang dalam satu potongan Kristal mengandung empat buah op-amp sekaligus. Pemakaian op-amp amatlah luas melipti bidang elektronika audio, pengatur tegangan dc, tapis aktif, penyearah presisi, pengubaha analog ke digital dan pengubah digital ke analog, pengolah isyarat seperti cuplik tahan, penguat pengunci, pengintegral, kendali otomatik, computer analog, elektronika nuklir. Tampaknya ada dua masukan, yaitu masukan membalik dan masukan tak membalik.Jika isyarat masuk dihubungkan dengan masukan membalik, maka daerah ferkuensi tengah isyarat keluaran berlawanan fasa atau berlawanan tanda dengan isyarat masukan.Pada umunya op-amp menghasilkan tegangan keluaran yang sebanding dengan tegangan isyarat antara kedua masukan. Op – amp semacam ini kta kenal sebagai op-amp biasa.
IC LM324 umumnya dikenal dengan Op Amp (Operational Amplifier). Bentuk fisik dan simbol IC LM324 dapat dilihat pada gambar dibawah ini
Gambar 2.4Bentuk fisik dan simbol IC LM324
Op Amp mempunyai dua kaki input yaitu inverting input (simbol negative) dan non inverting input (simbol positive). Sinyal dari kedua kaki input Op Amp ini bisa diolah menjadi data output yang berbeda-beda sesuai dengan fungsi Op Amp yang dijalankan. Salah satu fungsi Op Amp adalah sebagai komparator. Komparator difungsikan untuk membandingkan tegangan yang masuk pada kedua kaki input Op Amp. Untuk membandingkan kedua kaki input pada Op Amp salah satu kaki input bisa diberi tegangan referensi dan kaki lainnya diberi tegangan pembanding. Jika tegangan pada kaki non inverting input (+) lebih besar atau sama dengan tegangan pada kaki inverting input (-) maka output akan berharga high (1). Jika tegangan pada kaki non inverting input (+) lebih kecil daripada tegangan pada kaki inverting input (-) maka kaki output akan berharga low (0).
Salah satu keunggulan LM324 adalah dapat beroperasi pada voltase 3.0 V sampai 32.0 V.
Disamping op-amp biasa ada pula op-amp yang menghasilkan tegangan isyarat keluaran sebanding dengan beda arus masukan. Jika isyarat masuk dihubungkan dengan masukan membalik, maka daerah ferkuensi tengah isyarat keluaran berlawanan fasa atau berlawanan tanda dengan isyarat masukan.Pada umunya op-amp menghasilkan tegangan keluaran yang sebanding dengan tegangan isyarat antara kedua masukan. Op – amp semacam ini kita kenal sebagai op-amp biasa. Disamping op-amp biasa ada pula op-amp yang menghasilkan tegangan isyarat keluaran sebanding dengan beda arus masukan. Op-amp semacam ni dikenal sebagai op – amp Norton.Satu macam lagi adalah op-amp yang menghasilkan keluaran yang sebanding dengan beda tegangan isyarat antara kedua masukan.
Pada mulanya IC 741 dibuat oleh Fairchild semiconductor dan bernama µA 741.Akan tetapi karena amat popular, hampir semua perusahaan membatnya. Lebar pita untuk penguatan = 1 adalah 1 M Hz, pada pembahsan kemudian kita akan melihat rangkaian yang ada dalam IC 741. Jika kita ngin menggunakan op-amp untuk penguat dengan penguatan tegangan yang
tidak terlal besar, kita harus memasang balikan negative.Ini dilakukan dengan memasang resistor antara keluaran dengan masukan membalik.
Oleh karena penguatan tanpa balikan lingkar terbuka amat besar, maka lingkar penguatan lingkar tertutp dengan balikan boleh dikatakan hanya bergantung pada rangkaian balikan saja, dan tak bergantung pada nilai komponen yang digunakan dalam op-amp IC itu sendiri. Anggapan ini mungkin akan berlaku untuk daerah frekuensi tinggi. Adanya hambatan masukan yang amat besar antara masukan membalik dan tak membalik mengakibatkan arus mengalir ke dalam masukan membalik dan masukan tak membalik amatlah kecil.Hambatan masukan penguat pembalik dapat ditemtukan, untk menentukan masukan penguat kita hubungkan dengan suatu tegangan isyarat.Oleh karena titik a dan b ada dalam keadaan hubung singkat maya dan b pada tanah, maka titik a pada tanah maya. Tegangan isyarat pada titik a mendekati nol, akan tetapi titik a akan terpisah dari tanah oleh hambatan masukan yang amat besar. Oleh adanya hambatan dalam antara masukan dan membalik amat besar kedua hal ini yaitu, bahawa kedua masukan op-amp ada dalam keadaan hubung singkat maya dan bahwa arus isyarat yang masuk ke dalam op-amp amat kecil sehingga dapat diabaikan, merupakan dasar berfikir terhadap cara kerja ragkaian mengandung op – amp.Kita sudah mengenal beberapa sifat ideal op-amp, seperti penguatan tak hingga, lebar pita tak hingga.
Offset pada tegangan keluaran atau disingkat offset keluaran, menyatakan tetgangan dc pada keluaran amp jika amp dalam keadaan lingkar tertutup tidak diberi isyarat. Suatu op-amp yang ideal ialah apabila tak ada isyaat masukan maka tegangan dc pada keluaran sama dengan nol, jika op-amp bekerja dengan catu daya dwkutub, jika tanpa isyarat masukan tegangan dc pada keluaran tak sama dngan nol dikatakan op-amp mempunyai offset pada tegangan keluaran. Adanya offset membatasi kemampuan penguat untuk menghasilkan isyarat keluaran yang besar tanpa cacat. Penyebab terjadinya offset pada tegangan ada bermacam-macam. Diantaranya ialah karena kedua bagian penguat diferensial masukan tidak
tetpat sama. Sehubungan in orang mendefenisikan offset tegangan masukan sebagai tegangan maksimum yang diperlukan pada op-amp dengan rangkaian terbuka agar tak ada offset pada tegangan keluaran.
Sebab lain adalah arus panjar masukan pada basis keda transistor penguat di deferensial dalam melihat hambatan yang berbeda pada masukan membalik dan tak membalik. Besar arus panjar masukan dan offset pada masukan arus sangat penting pada penguat instrument, pada pengintegral dan penguat cuplik tanah. Adanya offset pada keluaran dapat diatasi dengan berbagai cara. Bebrapa jenis op amp mempunyai kaki-kaki untk membuat agar offset keluaran menjadi nol. Kdua kaki untuk maksud ini disebut kaki pelenyap offset. Tegangan ampiltudo umumnya op-amp mempunyai beberapa tahap pengaturan di dalamnya dengan menggunakan gandengan dc.Akibatnya op – amp tak punya kutub di daerah frekuensi rendah, dan mempunyai lebih dari dua kutub pada daerah frekuensi tinggi.Agar op –amp dapat diberi dengan bebagai nilai factor balikan tanpa mengakibatkan ketidak mantapan, maka op –amp harus menggunakan kompensasi frekuensi. Pada bebrapa macam op – amp seperti misalnya 741, LM 324, RC 4739, XR 4196 kompensasi ferkuensi sudah dipasang dalam IC op –amp tersebut dikatakan mempunyai kompensasi dalam IC.
Pada beberapa macam IC yang lain kita harus menambahkan kapasitor dan resistor pada kaki – kaki tertentu untuk kompensasi frekuensi.
Op –amp macam ini dikatakan mempunyai kompensasi luar. Bebrapa contoh op –amp IC dengan kompensasi luar adalah 748, 769, LM 301, LM 308, dan LF 357. Jika kita lihat rangkaian 741 di dalam IC, akan nyata bahwa ini dicapai dengan kompensasi kutub dominan yang menyebabkan terjadinya kutub pada frekuensi 10 Hz. Op –amp 748 mempunyai rangkain di dalam IC tetapn sama seperti 741, hanya kompensasi kutub dominan harus kita tambahkan sendiri diluar. Untuk op – amp dengan kompensasi luar tanggapan amplitude lingkar terbuka bergantung pada rangkaian kompensasi yang dipasang. Op –amp
748 mempunyai rangkaian di dalam IC yang tepat sama dengan 741, tetpai tanpa kompensasi kutub dominana pada transistor keluarannya. Pada 748 kapasitor untuk kompensasi harus dipasang diluar IC. Op –amp 709 menggunakan dua rangkain kompensasi frekuensi yaitu kompensasi masukan dan kompensasi ke;uaran. Keuntungsn op –amp dengan kompensasi luar ialah pada nilai penguatan.Arus – arus dan tegangan yang ada dalam Op – Amp, yang sering digunakan dalam perencanaan dan rancangan rangkaian – rangkaian dengan Op – Amp. Adanya kenyataan bahwa dalam keadaan ideala kalau dalam keadaan seimbang ( balance ) sempurna, dimana V0 = 0, kalau V1 = V2 = 0. Dalam kenyataan, keseimbangan dapat terganggu yang disebabkan tidak sesuainya arus – arus masuk ke transistor.
Karena itu sering digunakan arus dan tegangan penggati masuk agar menyeimbangkan penguat.Penguat operasional merupakan penguat perolehan tinggi yang sering disebut sebagai rangkaian terpadu linear dasar atau lebih tepat analog, yang sering difabrikasikan dalam satu atau empat unit serupa dalam satu kemasan. Penguat Op – Amp mempunyai karakteristik yaitu, resistansi masuk tak terhingga besarnya, rangkaian terbuka akibatnya tidak ada arus masuk ke dua terminal masuk.Terdapat banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalam berbagai jenis sirkuit listrik.
2.3.1 Penggunan umum dari Op amp seperti : Penguat pembalik
Gambar 2.5 Penguat pembalik
Penguat pembalik.Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan. Resistor Rf melewatkan sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan. Karena keluaran taksefase sebesar 180°, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan. Ini mengurangi bati keseluruhan dari
penguat dan disebut dengan umpan balik negatif.
Di mana,
• (karena adalah bumi maya (bahasa Inggris: virtual ground)
• Sebuah resistor dengan nilai , ditempatkan di
antara masukan non-pembalik dan bumi. Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan.
Dari penguat ditentukan dari rasio antara Rf dan Rin, yaitu: Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan.Contohnya jika Rf adalah 10.000 Ω dan Radalah 1.000 Ω, maka nilai bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10.
Penguat diferensial
Gambar 2.6Penguat diferensial.
Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah
dikalikan dengan konstanta tertentu yang ditentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar
untuk dan . Penguat jenis ini berbeda dengan diferensiator. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:
Resistansi keluaran R0 = 0, penguat Op – Amp menanggapi semua frekuensi sama.
Dibawah ini akan ditunjukkan beberapa rangkaian pengiat dasar dengan menggunakn penguat operasional, yaitu rangkaian penguat ( inverting ) dan bukan pembalik ( non inverting ). Salah satu penguat Op – Amp adalah sebagai penguat pembalik ( inverting ), yaitu penguat ang pengeluarannya mempunyai tanda tegangan yang terbalik yang dibandingkan dengan tanda tegangan masukan. Hal ini disebabkan oleh apa yang akan diuraikan Op – Amp adalah bahwa resistensi masuk tak terhingga besar. Akibatnya tidak ada arus kedua terminal masuk dan arus semau akan melewati .Disamping itu juga dikatakan bahwa perolehan tegangan tak terhingga. Kalau tegangan masukan tidak dimasukkan lewat terminal pertama tetapi langsung ke terminal kedua, yaitu sebesar V2, maka tegangan hasil penguatannya akan lain, tidak lagi terbalik tandanya.
Perolehan dari penguatan itu sealu satu lebih besar dari pada penguat pembalik ( inverting ) dan tanda tegangan hasil penguatan tidak terbalik.Karena itu penguat ini dinamkan bukan penguat pembalik ( non inverting ). Seperti halnya pada penguat pembalik diatas menunjukkan bahwa perolehan penguat bukan pembalik juga hanya tergantung pada perbandingan pertahanan parallel dan tahanan seri penguat tersebut. Diode rangkain terpadu difabrikasikan dengan teknik difusi sama dengan yang digunakn untuk fabrikasi transistor.
Disinii hanya dua dari tiga daerah yang digunakan untuk membentuk diode hubungan p – n.
difusi emitter basis sangat umum digunakan untuk fabrikasi diode. Dalam hal ini, kolektor dapt dihubungkan singkat secar listrik ke basis atau dibuka saja.Suatu tahanan IC umunya dibuat dengan menggunak tahanan jenis dan ukuran daerah terdifusi.Difusi basis jenis p sering digunakan.Op – Amp IC linier yang tidak mahal membentuk semua fungsi penguat operasional. Secara semu ( virtual ) berada pada potensial bumi tidak tergantungpada
besarnya potensal. Dengan mengumpamakan bahwa operasi ideal yang mempunyai impedansi masuk tidak terhingga, arus akan melewati dan tidak dalam keadaan Op – Amp.
Suatu penguat penambah atau penguat penjumlah yang menggunakan Op –Amp dibunikan semu.Komponen – komponen itu dapat berupa resistor, kapasitor, diode dan lainnya yang disertakan sebagai komponen umpan balik.